3 IL FLUSSO DI ENERGIA, MATERIA E INFORMAZIONE 3.1

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IL FLUSSO DI ENERGIA, MATERIA E INFORMAZIONE
3.1 Introduzione
I sistemi biologici (cellula, organismo, popolazione, ecosistema) sono parte dell'Universo e
come tali rispondono alle leggi della Fisica. La Vita è però un fenomeno particolare che
apparentemente segue una direzione opposta a quella del resto dell'Universo. Si pensi ad un mazzo
di carte. Nel mazzo nuovo, le carte sono ordinate ed è naturale aspettarsi che il mescolamento
rompa l'ordine rendendolo casuale. È altrettanto naturale aspettarsi che è impossibile riordinare la
sequenza casuale di un mazzo di carte con il semplice mescolamento: per farlo è necessario un
intervento "esterno" che va oltre la casualità. La Vita si può paragonare al rimescolamento di un
mazzo di carte disordinato in cui viene ripristinato un ordine.
L'apparente particolarità "innaturale" si spiega con le leggi della Termodinamica, che
regolano le trasformazioni dell'energia determinando la spontaneità dei fenomeni. L'Universo è un
insieme di parti, chiamate sistemi termodinamici, che interagiscono tra loro con scambi di energia
e materia: sono sistemi termodinamici una cellula, il corpo di un organismo, un pianeta, un sistema
solare, un ammasso stellare. Il più grande sistema termodinamico è l'Universo.
In relazione agli scambi di energia e materia, i sistemi termodinamici possono essere distinti
in tre tipi:
1) Sistemi isolati: non scambiano materia né energia con l'esterno. Es.: l'Universo.
2) Sistemi chiusi: scambiamo energia ma non materia con l'esterno. Es.: la Terra.
3) Sistemi aperti: scambiano energia e materia con l'esterno. Es.: gli organismi viventi.
3.2 Energia ed entropia
Le leggi della termodinamica mettono in relazione le trasformazioni dell'energia con una
grandezza fisica, l'entropia. L'entropia misura lo stato di disordine di un sistema: l'entropia di un
sistema aumenta quanto maggiore è il suo disordine. Ad esempio, l'entropia di un mazzo di carte
nuovo aumenta dopo il rimescolamento. Sono sistemi a bassa entropia il cubetto di ghiaccio messo
in un bicchiere d'acqua, le molecole che formano la benzina, la pizza calda appena sfornata, l'acqua
di un serbatoio sul tetto di una casa, l'organismo vivente. Questi esempi, completamente diversi,
hanno in comune quattro aspetti:
1) la bassa entropia si è formata perché un altro sistema ha fornito energia: energia meccanica
per congelare l'acqua del cubetto, energia solare per trasformare l'acqua e l'anidride carbonica in
molecole organiche fossilizzate (petrolio); energia meccanica per spingere l'acqua al serbatoio,
energia chimica dell'alimento dell'organismo vivente. In tutti questi sistemi, la fonte primaria di
energia è generata e irradiata dal Sole.
2) Il mantenimento dell'entropia bassa di questi sistemi è consentito solo impedendo la
dispersione dell'energia o compensandone le perdite con un continuo apporto energetico: il cubetto
di ghiaccio resta tale finché si mantiene in frigorifero, la benzina non sarà bruciata finché si
conserva in un serbatoio lontano da fonti di calore, la pizza resta calda finché si mantiene in forno,
l'acqua resta ad una certa quota finché racchiusa in un serbatoio, l'organismo resta in vita finché si
alimenta e si difende.
3) in assenza di barriere fisiche o di apporti energetici, gli eventi spontanei che
coinvolgeranno questi sistemi condurranno ad un aumento dell'entropia: la fusione del ghiaccio nel
bicchiere d'aqua, la combustione della benzina, il raffreddamento della pizza, la caduta dell'acqua
dal serbatoio, la morte dell'organismo vivente.
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4) i fenomeni spontanei a cui sono soggetti questi sistemi sono irreversibili: solo a fronte di
una nuova spesa energetica si possono ricreare condizioni simili a quelle descritte negli esempi
citati.
Finora si è messo in evidenza che la spontaneità di un fenomeno in un sistema si deve alla
combinazione di due trasformazioni: uno scambio di energia con l'esterno e una variazione
dell'entropia, A questo punto possiamo spiegare i fenomeni ricorrendo, con un approccio
elementare, alle leggi della Termodinamica. Da queste leggi scaturiscono vari aspetti, di cui
mettiamo in evidenza i seguenti:
1. In un sistema isolato l'energia non si crea e non si distrugge ma si trasforma. Ad esempio,
l'acqua del serbatoio ha energia potenziale di
posizione che, con la caduta, si trasforma in energia
di movimento. Per mezzo di una turbina e di un
generatore, l'energia di movimento si può convertire
in energia di potenziale elettrico. Questa, attraverso
dispositivi vari, può essere trasformata in energia di
movimento, in calore, in luce. A monte di tutte queste
trasformazioni, nel nostro pianeta, ci sono fonti
energetiche di natura astronomica: l'energia radiante
del sole, l'energia geotermica prodotta dal calore
interno della Terra, l'energia di movimento generata
dall'attrazione gravitazionale tra i corpi celesti. Alla
fine si deduce che qualsiasi forma di energia,
apparentemente creata "dal nulla", in realtà deriva
dalla trasformazione di una quota dell'energia
contenuta nell'intero Universo, l'unico sistema isolato
a tutti gli effetti.
2. Un sistema non isolato cede spontaneamente e
Fig. 17. Variazione differenziale dell'entropia in
irreversibilmente energia ad altri sistemi due sistemi non isolati: dopo la trasformazione,
aumentando l'entropia complessiva (maggiore il primo sistema (a sinistra) aumenta la sua
disordine). Ad esempio, un corpo caldo cede entropia, il secondo (a destra) la riduce.
spontaneamente calore ad un corpo freddo
distribuendo uniformemente il calore, la combustione della benzina trasforma spontaneamente
l'energia chimica accumulata nei legami in calore o energia meccanica, producendo acqua e
anidride carbonica. La distribuzione uniforme del calore e la formazione di molecole che non
contengono energia chimica corrispondono ad uno stato di maggiore entropia.
3. Un sistema non isolato può accumulare energia, riducendo la sua entropia interna
(maggiore ordine), a spese di un altro sistema che cede energia. Ad esempio, una macchina
frigorifera o una pompa di calore, per mezzo del lavoro meccanico prodotto da un compressore,
permettono il trasferimento di calore da un ambiente freddo ad un ambiente caldo. Questo
trasferimento "contro natura" crea uno stato di entropia più basso nell'ambiente climatizzato. In
modo analogo, la fotosintesi è un processo che crea composti organici che abbassano l'entropia
della materia accumulando l'energia solare nei legami chimici. Si osservi che in entrambi i processi,
completamente diversi, interviene un pardicolare dispositivo che, facendo variare l'entropia dei
sistemi, permette il trasferimento non spontaneo dell'energia.
Da quanto detto si deduce che i fenomeni spontanei si svolgono unicamente verso la
dispersione uniforme dell'energia fino al raggiungimento del massimo grado di entropia.
Fenomeni non spontanei sono possibili solo se interviene un particolare dispositivo che
permette l'accumulo di energia in un sistema a spese di un altro abbassando l'entropia del
primo e aumentando l'entropia del secondo.
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In una porzione limitata dell'Universo (un sistema solare, un pianeta, un ecosistema, una
cellula) sono possibili, in opportune condizioni, anche i fenomeni non spontanei. Nell'Universo
preso nella sua globalità, tuttavia, esiste solo la tendenza all'aumento dell'entropia: quando si avrà la
massima entropia l'energia sarà completamente dispersa e non più utilizzabile.
3.3 Energia ed entropia nei sistemi biologici
I sistemi biologici sono sistemi aperti, in quanto scambiano energia e materia con l'esterno,
permettendo lo svolgimento di processi non spontanei. Dal punto di vista termodinamico, questi
processi si riducono, nel complesso, a due ordini di fenomeni:
A. Riduzione dell'entropia interna. La struttura delle cellule e degli organismi viventi richiede la
formazione di macromolecole a partire da molecole più semplici prese dall'esterno e l'eliminazione
dei prodotti di scarto del metabolismo. Nel complesso, all'interno del sistema biologico aumenta
l'ordine mentre all'esterno aumenta il disordine in misura più che proporzionale: se all'interno di un
sistema biologico l'entropia si riduce da 100 a 10, all'esterno aumenta da 100 a 1000.
B. Accumulo di energia all'interno. La realizzazione e la conservazione di un differenziale fra
entropia interna ed entropia esterna crea uno stato di non equilibrio che richiede un continuo
apporto energetico. L'organismo deve perciò acquisire energia dall'esterno e convertirla in energia
potenziale (trasduzione energetica) mantenendo nel tempo il differenziale di entropia. Un aspetto
importante,. sancito dalle leggi della Termodinamica, consiste nel fatto che, anche in biologia, la
trasduzione energetica ha un rendimento basso: dell'energia utile acquisita dall'esterno, la maggior
parte non viene convertita, bensì si disperde nell'ambiente in una forma non più utilizzabile,
contribuendo ad aumentare l'entropia esterna.
Da questo punto di vista i sistemi biologici possono perciò essere paragonati a macchine
sofisticate che trasformano la materia organizzandola in uno stato di maggior ordine al loro interno
e di maggior disordine al loro esterno, in una complessa rete di reazioni che consumano energia.
Affinché tutto ciò possa avvenire, i sistemi biologici devono disporre di barriere che permettano il
confinamento dei processi biochimici, affinché questi possano svolgersi separatamente, e
permettano di scambiare le sostanze in modo selettivo, lasciando entrare le materie prime e facendo
uscire i prodotti. Queste barriere sono le membrane biologiche.
3.4 Trasduzione biologica dell'energia
Dal punto di vista termodinamico, le reazioni chimiche si distinguono in due tipi:
1. Reazioni esoergoniche. Liberano energia. Queste reazioni convertono l'energia accumulata nei
legami chimici di reagenti a bassa entropia (energia potenziale chimica) in lavoro, energia
potenziale, luce, calore, aumentando l'entropia complessiva. Ad esempio, una reazione che provoca
un'esplosione libera l'energia potenziale chimica producendo lavoro (aumento di pressione per
l'espansione dei gas), luce e calore. I prodotti dell'esplosione sono composti chimici che hanno una
maggiore entropia e, come tali, non possono più generare energia (es. acqua, anidride carbonica).
2. Reazioni endoergoniche. Assorbono energia. Queste reazioni convertono altre forme di energia
in energia potenziale chimica abbassando l'entropia dei prodotti. Sono reazioni non spontanee
perché richiedono un dispositivo che assorbe energia generando il differenziale di entropia.
La trasduzione dell'energia, in tutte le cellule, si svolge secondo lo schema di fig.18:
a) la cellula riceve dall'esterno composti organici in cui è accumulata energia potenziale chimica;
b) le molecole del composto organico, a basso stato di entropia, vengono demolite a tappe, per
mezzo di reazioni esoergoniche; l'energia sviluppata viene in parte recuperata e accumulata in
molecole ad alto contenuto energetico (ATP);
c) a causa del basso rendimento, gran parte dell'energia potenziale si disperde in calore, una forma
che sarà definitivamente persa;
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d) l'energia contenuta nell'ATP sarà sfruttata dalla
cellula, al momento opportuno, per qualsiasi
fenomeno biologico: produzione di lavoro (es. i
movimenti delle cellule, il trasporto attivo di
molecole attraverso le membrane), emissione di luce,
costruzione di macromolecole.
3.5 Eterotrofia e autotrofia
Per svolgere i processi vitali, gli organismi
sfruttano l'energia chimica dei composti organici. Ci
si dovrebbe perciò attendere che i composti organici
nel tempo si esauriscano determinando la fine del
flusso biologico dell'energia. Alcuni organismi si
sono però evoluti nello sfruttamento di altre fonti
energetiche per accumulare energia chimica
producendo nuovi composti organici. La maggior
parte di questi organismi sfrutta la luce solare,
disponibile da miliardi di anni. In relazione a questa Fig. 18. Flusso di energia nella cellula.
proprietà, gli organismi si distinguono in due grandi
gruppi: eterotrofi e autotrofi.
Gli eterotrofi utilizzano esclusivamente energia potenziale chimica, perciò producono ATP
solo con la demolizione delle molecole organiche attraverso i processi di respirazione cellulare (in
presenza di ossigeno) e di fermentazione (in assenza di ossigeno).
Gli autotrofi sfruttano l'energia contenuta nella luce solare in un processo endoergonico, la
fotosintesi, attraverso il quale producono ATP e, soprattutto, glucosio. Dal glucosio si originano
tutti gli altri composti organici. Anche gli autotrofi sfruttano la respirazione per produrre ATP, ma a
differenza degli eterotrofi non hanno bisogno di alimentarsi a spese di sostanza organica già
esistente, perché la creano trasformando l'acqua e l'anidride carbonica per mezzo dell'energia
contenuta nella luce. Il rendimento di questa trasduzione energetica è bassissimo, tuttavia è in grado
di rigenerare, per miliardi di anni, la fonte energetica necessaria per il mantenimento della Vita.
3.6 Metabolismo
Il metabolismo è l'insieme dei processi biochimici che si svolgono in un organismo.
Alcuni di questi processi generano un maggior ordine con la costruzione di macromolecole e
richiedono quindi l'energia necessaria ad abbassare lo stato di entropia, altri demoliscono le
molecole organiche acquisite dall'esterno e producono pertanto energia utile ad alimentare i processi
endoergonici. Il metabolismo è perciò distinto in tre componenti fondamentali (Fig. 19):
1. Catabolismo. È l'insieme dei processi di demolizione delle molecole organiche e nel complesso è
esoergonico, ovvero produce energia utile. I prodotti del catabolismo sono in parte riciclati
all'interno dell'organismo per la costruzione di altre molecole organiche oppure eliminati come
prodotti di scarto. L'energia dispersa e i prodotti del catabolismo aumentano l'entropia esterna.
2. Anabolismo. È l'insieme dei processi di costruzione delle molecole organiche e nel complesso è
endoergonico, ovvero consuma energia utile. L'anabolismo ricicla una parte dei prodotti del
catabolismo. L'energia incorporata nei prodotti dell'anabolismo abbassa l'entropia interna.
3. Metabolismo energetico. È l'insieme dei processi che recuperano l'energia liberata dal
catabolismo e la incorporano nella molecola dell'ATP. È quindi il "motore" che converte l'energia in
ingresso nell'energia utile (ATP) necessaria per alimentare l'anabolismo: il metabolismo energetico
assorbe quindi energia dai processi catabolici e la cede ai processi anabolici.
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Fig. 19. Il metabolismo. In rosso i processi esoergonici, in verde i processi endoergonici.
Processi catabolici e anabolici non sono completamente separati, ma sono fra loro collegati
attraverso le vie metaboliche, che mettono a disposizione della cellula i prodotti intermedi
impiegati nei processi anabolici. Attraverso i sistemi di informazione e regolazione interna, i
processi sono continuamente orientati verso una determinata direzione, secondo lo scopo da
raggiungere. Ad esempio, nelle cellule muscolari il catabolismo viene spinto fino alla fine in modo
da demolire completamente le molecole del glucosio e produrre l'ATP necessario per compiere
lavoro, mentre nelle cellule adipose la demolizione del glucosio è incompleta ed è finalizzata alla
produzione di "frammenti di molecole" che saranno utilizzate per costruire le molecole dei grassi.
Dobbiamo perciò immaginarci il complesso sistema del metabolismo come una rete stradale ricca di
incroci, attraverso i quali il traffico viene smistato in direzioni predefinite secondo le esigenze.
3.7 Cinetica chimica e catalisi biologica
La termodinamica stabilisce se una reazione è spontanea o meno, ma non offre alcuna
indicazione sulla velocità con cui può svolgersi. Ad esempio, la reazione tra l'idrogeno e l'ossigeno
che porta alla formazione dell'acqua è fortemente esoergonica e procede spontaneamente. Tuttavia
la reazione è così lenta che apparentemente i due reagenti convivono nell'atmosfera senza reagire.
Molte reazioni, pur essendo spontanee, si avviano e procedono velocemente solo se "innescate":
idrogeno e ossigeno reagiscono infatti velocemente, con effetto esplosivo, solo se la miscela dei gas
è attraversata da una scarica elettrica.
Per capire il concetto si pensi ad una lunga discesa preceduta da un piccolo dislivello in salita:
qualsiasi mezzo procederà senza spinta in discesa solo se si supera il piccolo dislivello iniziale.
Analogamente, la reazione esoergonica fra idrogeno e ossigeno procede spontaneamente solo se si
fornisce un innesco necessario per superare il piccolo dislivello energetico iniziale. Questo
dislivello energetico è chiamato energia di attivazione. In generale, le reazioni, non si avviano se
non si fornisce l'energia di attivazione. Le reazioni esoergoniche, una volta fornita l'energia di
attivazione, si alimentano da sole procedendo spontaneamente. Le reazioni endoergoniche, invece,
procederanno solo se si fornisce tutta l'energia necessaria dal punto di vista termodinamico.
Diversi sono i fattori che possono far aumentare la velocità di una reazione, ma due sono di
particolare importanza: l'aumento della temperatura e la catalisi.
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L'aumento della temperatura porta ad un
aumento dell'energia media delle molecole. Queste
possono perciò superare più facilmente la barriera
dell'energia di attivazione. Ciò equivale a dare una
spinta più energica al veicolo che deve superare il
dislivello in salita prima della discesa.
La catalisi è un fenomeno per cui una reazione
chimica, in presenza di una sostanza detta
catalizzatore, si svolge più velocemente perché segue
un meccanismo con energia di attivazione più bassa
(Fig. 21). La catalisi equivale ad una strada alternativa
senza salite iniziali. Il catalizzatore interviene nel
meccanismo di reazione ma non altera il risultato finale,
sia nei prodotti della reazione sia nella termodinamica
(energia scambiata ed entropia).
Nei sistemi biologici la temperatura necessaria
per attivare le reazioni biochimiche sarebbe
incompatibile con la vita, perciò la quasi totalità delle
Fig. 20. Energia di attivazione (Ea) nelle
reazioni, spontanee o meno, si svolgono per catalisi. I reazioni esoergoniche e endoergoniche.
catalizzatori biologici sono detti enzimi e sono, almeno
in parte, composti da una molecola proteica. La
particolarità della catalisi enzimatica è l'alta specificità
del catalizzatore: ogni reazione ha un suo enzima
specifico e, spesso, ogni enzima catalizza una sola
reazione. Nel meccanismo di reazione, la molecola
dell'enzima riconosce la molecola del reagente (detto
substrato) e si lega ad essa. Con la formazione del
complesso enzima-substrato si favorisce la rottura dei
legami chimici e la formazione di altri, con conseguente
formazione dei prodotti. Una volta completato il
meccanismo, l'enzima si libera dalle molecole dei Fig. 21. Cinetica di una reazione (rosso) e
della stessa reazione in presenza di un
prodotti e si lega ad un'altra molecola del substrato.
catalizzatore (blu). La catalisi abbassa
Per svolgere l'azione catalitica, molti enzimi si l'energia di attivazione (Ec).
combinano con ioni o particolari molecole:
- il cofattore è uno ione inorganico. Spesso è un microelemento (ferro, rame, selenio, ecc.);
- il coenzima è una molecola organica non proteica. I coenzimi sono spesso derivati dalle vitamine.
Fig. 22. Fasi di una reazione enzimatica. A, B: reagenti (substrato), P: prodotto.
3.8 Flusso di informazione
In base a quanto detto, l'organismo vivente è paragonabile ad una macchina complessa che
trasforma energia e materia nello svolgimento di fenomeni non spontanei. Come tutte le macchine
sofisticate, l'esistenza ed il funzionamento di un organismo vivente richiedono progettazione,
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controllo e regolazione. Al flusso di energia e di materia si affianca perciò un flusso di informazione
che in tutti gli organismi viventi presenta le seguenti caratteristiche:
1) definisce e regola lo sviluppo dell'organismo, il quale non si realizza in modo casuale,
bensì secondo un progetto biologico;
2) definisce e regola il modo in cui l'organismo funziona, realizzando al suo interno le
condizioni che permattano lo svolgimento non casuale dei fenomeni fisici e chimici, bensì secondo
il suddetto progetto biologico;
3) è capace di ripetersi trasferendo le nuove copie del progetto biologico alla discendenza, i
nuovi organismi prodotti, con copie molto simili al progetto originario (ereditarietà) ma con
piccole variazioni che permettono la differenziazione (variabilità) e, nel tempo, l'evoluzione.
Il progetto biologico è costituito dal codice genetico, ossia la sequenza di basi azotate che
formano la catena del DNA (adenina, timina, guanina, citosina). Ogni gruppo di tre basi
consecutive (tripletta) è una lettera del codice genetico. Un insieme di triplette consecutive
contiene l'informazione minima per la costruzione di una catena di amminoacidi che farà parte di
una proteina. Una molecola di DNA contiene un numero elevato di geni, ciascuno con un suo
compito: ad esempio, vi sono geni che regolano l'azione di altri geni. Il codice genetico pertanto,
non contiene solo il progetto biologico, ma anche le istruzioni su come il progetto deve essere
letto e attuato. In che modo si svolge il flusso d'informazione negli organismi?
3.8.1 Sintesi proteica.
In ogni organismo, le proteine svolgono funzioni diverse secondo le loro caratteristiche:
1. Sono componenti strutturali, ovvero fanno parte del corpo delle cellule (membrane, citoscheletro,
flagelli, ribosomi, cromosomi, ecc.) e dei tessuti. La loro presenza contribuisce a determinare le
proprietà di ogni struttura: ad esempio, il passaggio di determinate sostanze attraverso le membrane
avviene grazie alla presenza di proteine che fanno da "porta" o da trasportatori, i tendini e i
legamenti sono formati dall'addensamento di fibre composte da proteine fibrose.
2. Sono gli effettori di varie funzioni: ad esempio, sono proteine quelle che provocano la
contrazione muscolare, quelle che trasportano l'ossigeno nel sangue, quelle che formano gli ormoni,
"messaggeri chimici" degli organismi complessi, o gli anticorpi, sostanze che difendono l'organismo
da macromolecole potenzialmente nocive.
Fig. 23. Schema della sintesi proteica
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3. Sono enzimi oppure componenti fondamentali di enzimi e, quindi, permettono lo svolgimento di
quasi tutte le reazioni biochimiche del metabolismo.
Le proteine sono perciò essenziali per la costituzione e il funzionamento del corpo di un
organismo. La funzione svolta da ogni proteina si deve alla sua struttura, che deriva dalla
particolare sequenza degli amminoacidi. Dal momento che una proteina è composta da una o più
catene di centinaia o migliaia di amminoacidi, la composizione non è casuale, ma è determinata dal
codice di uno o più geni: ogni amminoacido corrisponde ad una specifica tripletta di basi azotate e
la sequenza delle basi azotate è l'instruzione di come deve essere montata la catena di una proteina.
La catena di montaggio delle proteine (sintesi proteica, fig. 23) è composta dai ribosomi, dal
RNA di trasporto, da una copia del progetto, il RNA messagero. Una sola molecola di RNA
messaggero è letta in serie da un numero elevato di ribosomi e, quindi, produce un numero elevato
di catene proteiche, tutte uguali.
3.8.2 Trascrizione del RNA messaggero.
Il RNA messaggero è il veicolo dell'informazione genetica nella cellula. La molecola di
questo acido nucleico è costruita nel nucleo usando come "stampo" il tratto di DNA che forma il
gene specifico, attraverso un processo detto trascrizione. Dopo la trascrizione il RNA migra nel
citoplasma e viene "letto" dai ribosomi nella sintesi proteica.
3.8.3 Duplicazione o replicazione del DNA.
Il DNA di un organismo è la copia originale del progetto biologico e svolge due funzioni:
fornisce le istruzioni per la sintesi proteica e produce le copie da trasmettere alla discendenza.
Nelle cellule in corso di differenziazione e in quelle adulte, il DNA è usato esclusivamente
come matrice per la trascrizione del RNA e in genere è mantenuto per tutta la vita. Solo alcune
cellule, destinate ad una breve vita, possono riassorbire il nucleo e distruggere il DNA dopo essersi
sviluppate e aver prodotto tutte le strutture di cui hanno bisogno (es. i globuli rossi del sangue).
Nelle cellule destinate a moltiplicarsi, il DNA è usato anche come copia da trasferire alle
cellule figlie. In questo caso la molecola si autoduplica producendo copie uguali all'originale. Il
progetto originale viene perciò riprodotto in modo che si abbia una copia in tutte le cellule
dell'organismo (c. somatiche) e in quelle destinate a formare nuovi organismi (c. riproduttive).
Nella replicazione, ogni semielica della molecola del DNA è usata come stampo per produrre
quella mancante. In questo modo, da una molecola di DNA se ne formano due nuove, ciascuna con
una semielica della molecola originaria. Durante la replicazione possono avvenire degli errori
casuali (mutazioni). Alcuni di questi errori possono portare ad un miglioramento e si accumulano
nel tempo portando all'evoluzione.
3.8.4 Conclusioni
Il mantenimento del flusso di materia e di energia che abbassa l'entropia dei sistemi biologici
è regolato da un sistema informativo basato sul codice genetico:
1) la costruzione del corpo avviene per mezzo di processi biochimici che producono
macromolecole e si svolgono solo in presenza di enzimi. Il codice genetico è il progetto
dell'organismo che indica come devono essere fatti e assemblati i componenti strutturali;
2) il funzionamento del corpo avviene con l'attivazione di processi biochimici mediati da
enzimi prodotti con la sintesi proteica. Il codice genetico è il regolamento che indica come e
quando devono funzionare gli enzimi responsabili dei processi e delle funzioni fisiologiche;
3) ogni nuovo organismo riceve una copia del DNA del genitore (o dei genitori). Il codice
genetico è la comunicazione che indica quindi come deve essere fatto e come dovrà funzionare il
nuovo organismo, attraverso meccanismi riproduttivi che da un lato "conservano" il progetto
(eredità) e da un altro lo "innovano" (variabilità).
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